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17 International Congress of Metrology, 15 0 1 3 (2015)
DOI: 10.1051/ m etrolo gy / 2015 1 5 0 1 3
C Owned by the authors, published by EDP Sciences, 2015
Diminution des incertitudes d’étalonnage dans l’air grâce à un
boitier d’égalisation thermique
1
1
REIFENBERG Jean Marc , RIOUT Erwann , LEROY Alain
1
1
Etablissement Français du sang Pyrénées Méditerranée 392, avenue du Professeur Jean Louis Viala
34 184 Montpellier Cedex 4, France.
a
Email de correspondance de l’auteur : [email protected]
Résumé. Du fait des exigences règlementaires sur la traçabilité des conditions de transport des produits sanguins
labiles et des échantillons, les enregistreurs de température autonomes représentent une part prédominante du parc de
thermomètres de l’EFS. La majorité de ces instruments de mesure n’étant pas étanche, ils ne peuvent, en l’état, être
étalonnés qu’en milieu aérien, dans des enceintes thermostatiques dédiées à cet usage. Les incertitudes d’étalonnage
dans l’air sont, selon les cas, 4 à 8 fois plus importantes qu’en milieu liquide. Ainsi, elles contribuent significativement
au bilan global d’incertitudes, et peuvent être à l’origine des déclarations de non-conformité aux spécifications
prédéfinies, du seul fait des moyens des laboratoires de métrologie.
Le laboratoire d’étalonnage et d’essais de Montpellier à l’EFS Pyrénées Méditerranée (EFS-PYM) s’est engagé, depuis
plusieurs années dans une démarche de diminution des incertitudes d’étalonnage dans l’air. Dans un premier temps, des
essais ont été effectués en diminuant le volume du milieu de comparaison. Du fait de la nécessité de conserver un
espace de travail compatible avec le volume d’activités, les résultats n’ont pas permis d’améliorer significativement les
incertitudes d’étalonnage.
L’EFS PYM s’est ensuite orienté vers l’utilisation d’un boitier d’égalisation thermique (conçu par la société Waranet
Solutions) équipé d’une ventilation tangentielle encastrable dans les enceintes d’étalonnage et muni d’un statif pour les
enregistreurs. Un cahier des charges dimensionnellement adapté à notre matériel a été élaboré, avec pour objectif
d’améliorer les performances des enceintes en termes de stabilité et d’homogénéité, tout en limitant les effets d’inertie
pouvant allonger significativement les programmes d’étalonnage. Deux enceintes différentes ont été ainsi testées.
Différents essais ont été effectués afin de satisfaire le compromis entre l’amélioration des performances thermiques, et
une charge de travail en adéquation avec les besoins de production. Les résultats issus de la caractérisation des milieux
de comparaisons ainsi modifiés révèlent une diminution significative des incertitudes d’étalonnage (plus de la moitié
par rapport aux incertitudes sans boitier d’égalisation thermique). L’inertie du milieu avec boitier est par conséquent
plus importante que sans boitier, mais reste acceptable. Les résultats révèlent aussi une bonne reproductibilité des
performances, tout en maintenant une cadence d’étalonnage compatible avec les besoins.
Ces résultats sont très prometteurs, et devraient permettre de réduire le taux d’enregistreurs de températures non
conformes, en particulier dans la gamme de températures négatives.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License 4.0, which permits unrestricted use,
distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Article available at http://cfmetrologie.edpsciences.org or http://dx.doi.org/10.1051/metrology/20150015013
Web of Conferences
1.
Introduction
laboratoires pour diminuer
d’étalonnage en milieu liquide.
les
incertitudes
1.1. Contexte de l’étude
Le laboratoire de métrologie de l’EFS Pyrénées
Méditerranée (EFS PYM), localisé à Montpellier,
réalise des étalonnages et des essais au service des
activités médico techniques réparties dans les régions
Midi Pyrénées et Languedoc Roussillon. En 2014,
63% de son activité était consacrée à la métrologie
des températures (caractérisation et vérification des
enceintes thermostatiques, étalonnages des chaînes
de mesures de température), prestations pour
lesquelles le laboratoire est accrédité depuis quelques
années ; 31% de l’activité restante concerne les
appareils volumétriques (pipettes), 6 % porte sur
d’autres catégories d’équipements (grandeurs : temps
& fréquence, masse).
La majorité des instruments soumis aux étalonnages
en température est composée d’enregistreurs
autonomes utilisés dans les activités de délivrance et
de distribution des Produits Sanguins Labiles (PSL)
vers les établissements de santé. Ces instruments
n’étant pas étanches, les étalonnages sont effectués
en milieu aérien dans des enceintes thermostatiques
dédiées à cet usage.
Les incertitudes d’étalonnage, en milieu liquide
comme en milieu aérien, sont calculées sur la base
des recommandations du fascicule de documentation
FD 07-028 [1]. Les incertitudes minimales dites
« réelles », liées aux seuls moyens du laboratoire,
sont sensiblement majorées en incertitudes dites
« forfaitaires ». Cela permet d’anticiper sur une
dérive des performances des thermomètres étalons et
des générateurs de températures qui aurait pu
échapper aux dispositions de surveillance, avec un
impact potentiel sur les résultats d’étalonnages,
préjudiciable pour les utilisateurs.
Du fait des biais d’homogénéité et de stabilité du
milieu de comparaison, les incertitudes d’étalonnage
minimales en milieu air (U forfaitaire (k=2) : 0,4 °C,)
sont significativement plus importantes qu’en milieu
liquide (U forfaitaire (k=2) : 0,08 °C). Elles
représentent une quote-part significative du bilan
d’incertitudes, ce qui génère parfois des déclarations
de non-conformité d’enregistreurs de température,
notamment dans la gamme négative où les
corrections informatiques de justesse sont moins
efficaces [2].
2.
2.1. Le cahier des charges
La conception du dispositif doit permettre
d’améliorer les caractéristiques thermiques du milieu
(homogénéité, stabilité), tout en maintenant la
capacité de production du laboratoire. Pour cela, la
charge
(nombre
d’enregistreurs
étalonnés
simultanément), et les durées de stabilisation du
milieu de comparaison modifié, ne doivent pas
impacter significativement l’activité.
D’un point de vue pratique, le concept consiste à
insérer dans les enceintes d’étalonnage un dispositif
fermé et ventilé, équipé d’une porte rabattable pour
agencer préalablement, dans le volume intérieur, les
instruments à étalonner.
La première étape a consisté à concevoir un
prototype en carton adapté à nos enceintes ébauchant
les dimensions et principales fonctionnalités de ce
boîtier, et à repérer les principales contraintes en
termes de praticabilité.
Ce prototype a permis d’enrichir l’expression des
besoins, et d’identifier plus finement les paramètres
pouvant influencer les performances thermiques et
ergonomiques du dispositif final en fonctionnement.
Un cahier des charges exhaustif et précis a ainsi été
rédigé pour la création de ce boîtier d’égalisation
thermique, prenant en compte notamment :
•
•
•
•
•
1.2. Objectifs de l’étude
Afin de limiter ce risque, le laboratoire de métrologie
a inscrit parmi ses plans d’amélioration l’objectif de
diminuer les incertitudes d’étalonnage en milieu
aérien. Pour cela, en collaboration avec la société
Waranet Solutions qui a conçu ce dispositif, il a été
décidé de faire fabriquer deux boîtes avec pour
ambition de diminuer les biais d’homogénéité et de
stabilité du milieu de comparaison aérien, à l’instar
des blocs d’égalisation thermique utilisés par certains
Le boîtier d’égalisation thermique
Les dimensions du dispositif, avec prise en compte
du volume intérieur des enceintes utilisées et de la
distance aux parois pour le maintien d’un niveau de
ventilation suffisant autour du boitier.
Le type de matériau.
Le positionnement, les caractéristiques et réglages du
système de ventilation à l’intérieur du dispositif, sa
source d’alimentation, la possibilité de le changer
aisément en cas de panne.
La praticabilité pour le positionnement des
instruments à étalonner en prenant en compte la
nécessité de maintenir la circulation de l’air à
l’intérieur du dispositif.
La possibilité d’introduire des sondes de travail pour
la caractérisation thermique du milieu de
comparaison, et des sondes étalons pour les
étalonnages, de dimensions spécifiées.
2.2. Le dispositif
15013-p.2
Le dispositif se présente sous la forme d’une boîte
parallélépipédique, non hermétique, élaborée en
plexiglass avec des parois mesurant 1 cm
d’épaisseur. Il est percé d’orifices permettant de
positionner en cartographie des sondes de la centrale
d’acquisition pour la caractérisation du milieu de
comparaison, et de sondes étalon pour les
17th International Congress of Metrology
étalonnages. Il est équipé d’un ventilateur tangentiel
alimenté par un moteur placé à l’extérieur du
dispositif (Figure 1).
à l’aide d’une centrale d’acquisition SA32 (AOIP)
munies de capteurs Pt 100 4 fils, aux températures
suivantes : -35 °C, 4 °C, 45 °C et 90 °C (Figure 3).
Figure 3 : Boitier d'égalisation thermique placé dans une
enceinte thermostatique (avec sondes pour caractérisation)
Figure 1 : Boitier d’égalisation thermique : vue d’ensemble
Cette caractérisation a été réalisée dans des
conditions de charge équivalentes à 20 enregistreurs
de type Warito Logger® (société Waranet Solutions),
agencés en quinconce sur un axe support, les
éléments sensibles étant tous orientés de manière
identique vers la source de ventilation et l'étalon
(Figure 4). Les essais ont été effectués sur
l’ensemble du volume utile de deux modèles
différents d’enceintes : MK 53 (BINDER) et SU 641
(ESPEC).
Une porte sur charnière permet d’introduire dans le
volume intérieur les instruments à étalonner
préalablement positionnés sur un statif adapté et
encastrable dans le boîtier (Figure 2).
Figure 2 : Boitier d’égalisation thermique : mode d’emploi
Figure 4 : Agencement de la charge sur le statif du milieu de
comparaison dans le boitier
2.3. Méthode de caractérisation
Des essais préliminaires ont permis de perfectionner
les réglages du système de ventilation, pour des
performances thermiques optimales en termes de
stabilité et d’homogénéité. La caractérisation du
milieu de comparaison a consisté à cartographier en
température le milieu air dans le boîtier d’égalisation
15013-p.3
La méthode de la double pesée a été appliquée : elle
consiste, après une durée au moins égale à celle d’un
étalonnage, à intervertir les sondes de chaque coin
selon les quatre diagonales du volume caractérisé.
Le calcul des biais d’homogénéité permet ainsi de
s’affranchir des incertitudes d’étalonnage des sondes.
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La stabilité du milieu (écart entre la valeur maximale
et la valeur minimale) a été calculée en chaque point.
Les valeurs maximales d’homogénéité et de stabilité,
ont été retenues dans le bilan d’incertitudes calculé
selon le document FD 07-028 [1].
Afin de rendre les résultats plus robustes, deux
campagnes de caractérisation rapprochées, aux
mêmes consignes de température, ont été réalisées à
6 mois d’intervalle environ.
2.4. Résultats
L’inertie du dispositif entraîne un allongement
significatif des durées de stabilisation. Par exemple,
un étalonnage aux consignes 26 °C, 0 °C, -30 °C et
26 °C avec boitier d’égalisation thermique dure
quasiment deux fois plus longtemps (15h30) que
sans boitier (08h40).
°C], qui encadre la majorité des étalonnages
courants, le dispositif permet d’améliorer
significativement les incertitudes dans des conditions
de charge compatibles avec les objectifs de
productivité. La diminution du volume utile à
l’intérieur du boitier d’égalisation thermique est une
autre piste à investiguer pour diminuer encore plus
les incertitudes.
En tout état de cause, en l’état des travaux, il est
donc envisageable à moyen terme de réduire les
incertitudes forfaitaires à 0,30 °C dans un premier
temps, voire même, à la lueur d’un retour
d’expérience qu’il conviendra de valider, jusqu’à
0,20 °C.
Références
1.
Fascicule de documentation FD X07-028 :
Procédure d'étalonnage et de vérification des
thermomètres - Estimation des incertitudes sur les
mesures de température (octobre 2002).
2.
J.M. Reifenberg, E. Riout, A. Leroy, S. Begue.
Métrologie à l’EFS : de la production à la raison.
Transf. Clin. et Biol. 21 132 - 138 (2014).
Le tableau ci-dessous synthétise les résultats des
essais de caractérisation :
Synthèse
Enceinte
ESPEC
Enceinte
BINDER
(-35 °C à +90 °C)
(-35 °C à +45 °C)
N° d’essai
N° 1
N° 2
N° 1
N° 2
Homogénéité
0,12
0,10
0,10
0,09
Stabilité
0,04
0,04
0,04
0,03
U (k=2)
0,14
0,12
0,12
0,11
Tableau 1: Synthèse des résultats
Les valeurs d’homogénéité et de stabilité, dans
l’enceinte ESPEC, sont proches dans toute la
gamme, y compris aux températures extrêmes. A
contrario, dans l’enceinte BINDER, les incertitudes
dans la gamme de températures au-delà de +45 °C se
révèlent équivalentes, avec ou sans boîtier
d’égalisation.
En deçà de 45 °C, quelle que soit l’enceinte utilisée,
l’expérimentation révèle, de manière répétable, une
diminution significative des incertitudes réelles (de
0,11 °C à 0,14 °C), versus 0,35 °C sans boîtier
d’égalisation thermique.
3.
Conclusion et perspectives :
L’augmentation des durées de stabilisation ne
constitue pas un obstacle insurmontable pour les
activités
d’étalonnage.
Les
enceintes
thermostatiques, les thermomètres étalons et les
instruments
soumis
aux
étalonnages
sont
programmables. Il est donc possible d’organiser et
d’optimiser l’activité, en y intégrant des étalonnages
de nuit, pour répondre au besoin.
D’un point de vue des performances thermiques,
l’objectif est atteint. Dans la gamme [-35 °C + 45
15013-p.4